DE10392783B4 - Device for molding molten materials - Google Patents

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Abstract

Gussvorrichtung zum Verarbeiten von Metallmaterial in geschmolzenem bzw. halbfestem Zustand, umfassend einen Behälter (12), der einen Körper, der im Innern eine Kammer festlegt, einen Einlass (18) in Verbindung mit der Kammer, um die Zufuhr von Material in die Kammer zu ermöglichen, und einen Auslass (20) in Verbindung mit der Kammer, um das Austragen von Material aus der Kammer zu ermöglichen, aufweist, wobei der Körper außerdem einen Seitenwandabschnitt mit einer Außenschicht (62) aus einem ersten Material, einer Innenschicht (66) aus einem zweiten Material, die eine Innenseite der Kammer festlegt, und einer Zwischenschicht (64) aus einem dritten Material, die zwischen der Außenschicht (62) und der Innenschicht (66) angeordnet ist, aufweist, wobei das erste Material eine Ni-basierte Zusammensetzung mit in Gew.-% mehr als 10% Cr, mehr als 7,5% Co, mehr als 2,5% Mo, im Bereich von 0–6% W, weniger als 4% Nb, mehr als 2% Al, mehr als 2,4% Ti und mehr als...cast device for processing metal material in molten or semi-solid Condition comprising a container (12), a body that inside a chamber defines an inlet (18) in conjunction with the chamber to allow the supply of material into the chamber and an outlet (20) in communication with the chamber for discharging to allow material from the chamber, wherein the body Furthermore a sidewall portion having an outer layer (62) of a first one Material, an inner layer (66) of a second material, the defines an inside of the chamber, and an intermediate layer (64) of a third material between the outer layer (62) and the inner layer (66), wherein the first material is Ni-based Composition with more than 10% Cr in weight%, more than 7.5% Co, more than 2.5% Mo, in the range of 0-6% W, less than 4% Nb, more than 2% Al, more than 2.4% Ti and more than ...

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGAREA OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter zur Herstellung von geschmolzenen Materialien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Behälter, der für die Handhabung der Prozessumgebung optimiert ist, die bei der Herstellung von geschmolzenen oder flüssigen Metallen angetroffen wird, und deren Formen in Herstellungsgegenstände.The The present invention relates to a container for producing molten Materials. In particular, the present invention relates to a Container, the for The handling of the process environment is optimized during manufacture of molten or liquid Metals is found, and their forms in manufacturing objects.

Metallzusammensetzungen mit dendritischen Strukturen bei Umgebungstemperaturen sind herkömmlicherweise geschmolzen und daraufhin Hochdruck-Druckgussprozeduren unterworfen worden. Diese herkömmlichen Druckgussprozeduren sind insofern beschränkt, als sie Porosität, Schmelzverlust, Kontamination, übermäßigem Abproduktanfall, einem hohen Energieverbrauch, lang dauernden Einschaltzyklen, einer begrenzten Formlebensdauer und beschränkten Formkonfigurationen unterliegen. Herkömmliche Prozessabläufe fördern außerdem die Bildung einer Vielzahl von mikrostrukturellen Defekten, wie etwa Porosität, die daraufhin eine sekundäre Verarbeitung der Gegenstände erfordern und außerdem zur Verwendung konservativer Konstruktionstechniken unter Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften führen.metal compositions with dendritic structures at ambient temperatures are conventional melted and then subjected to high pressure die casting procedures Service. This conventional Die casting procedures are limited in that they include porosity, enamel loss, Contamination, excessive waste, a high energy consumption, long lasting power cycles, one limited form life and limited shape configurations. conventional processes promote Furthermore the formation of a variety of microstructural defects, such as about porosity, which then a secondary Processing of the objects require and as well for using conservative construction techniques with reference lead to their mechanical properties.

Es sind Prozesse zur Bildung von Metallzusammensetzungen bekannt, deren Mikrostrukturen, wenn sie sich in einem halbfesten Zustand befinden, aus verrundeten oder kugelförmigen degenerierten dendritischen Partikeln bestehen, die durch eine kontinuierliche flüssige Phase umgeben sind. Dies steht im Gegensatz zur klassischen Gleichgewichtsmikrostruktur von Dendriten, die durch eine kontinuierliche flüssige Phase umgeben sind. Diese neuen Strukturen zeigen Nicht-Newtonsche Viskosität, eine inverse Beziehung zwischen der Viskosität und der Scherrate. Die Materialien selbst sind in diesem Zustand als thixotrope Materialien bekannt.It are known processes for the formation of metal compositions, whose Microstructures when in a semi-solid state from rounded or spherical Degenerate dendritic particles consist of a continuous liquid Phase are surrounded. This is in contrast to the classical equilibrium microstructure of dendrites surrounded by a continuous liquid phase. These New structures show non-Newtonian viscosity, a inverse relationship between the viscosity and the shear rate. The materials themselves are known in this state as thixotropic materials.

Ein Prozess zum Umsetzen einer dendritischen Zusammensetzung in ein thixotropes Material sieht das Erwärmen der Materialzusammensetzung bzw. Legierung vor (die nachfolgend der Einfachheit halber als "Legierung" bezeichnet ist), auf eine Temperatur, die über ihrer Liquidustemperatur liegt, woraufhin die flüssige Legierung einer Scher- oder Rühreinwirkung unterworfen wird, wenn sie in den Bereich des Zweiphasengleichgewichts abgekühlt wird. Eine Folge ausreichenden Rührens bzw. Hin- und Herbewegens während des Abkühlens ist, dass die anfänglich verfestigten Phasen der Legierung einen Kristallisationskern bilden und als verrundete Primärpartikel wachsen (im Gegensatz zu miteinander verbundenen dendritischen Partikeln). Diese Primärfeststoffen bestehen aus diskreten degenerierten dendritischen Kügelchen und sind von einer Matrix aus einem unverfestigten Abschnitt des flüssigen Metalls bzw. der Legierung umgeben.One Process for converting a dendritic composition into Thixotropic material provides heating of the material composition or alloy (hereinafter referred to simply as "alloy"), to a temperature above its liquidus temperature, whereupon the liquid alloy is subjected to a shear or stir when subjected to the range of two-phase equilibrium chilled becomes. A consequence of sufficient stirring or back and forth during of cooling is that the initial solidified phases of the alloy form a nucleus of crystallization and as rounded primary particles grow (as opposed to interconnected dendritic particles). These primary solids consist of discrete degenerate dendritic beads and are of a matrix of an unconsolidated section of the liquid Surrounded metal or alloy.

Ein weiteres verfahren zum Bilden thixotroper Materialien sieht das Erwärmen der Legierung auf eine Temperatur vor, bei der ein Teil, jedoch nicht die gesamte Legierung sich in flüssigem Zustand befindet. Die Legierung kann daraufhin gerührt bzw. hin- und herbewegt werden. Das Rühren setzt sämtliche dendritische Partikel in degenerierte dendritische Kügelchen um. In diesem Verfahren ist es bevorzugt, dass dann, wenn mit dem Rühren begonnen wird, das halbfeste Metall mehr flüssige als feste Phase enthält.One another method for forming thixotropic materials sees this Heat the alloy to a temperature at which a part, however not the entire alloy is in a liquid state. The alloy can then be touched or to be moved back and forth. The stirring sets all dendritic particles in degenerated dendritic beads around. In this method, it is preferable that when with the stir is begun, the semi-solid metal contains more liquid than solid phase.

Eine Spritzgusstechnik unter Verwendung thixotroper Legierungen unter Bereitstellung eines "quasi gegossenen" Zustands ist ebenfalls bekannt. Mit dieser Technik wird das Zuführmaterial in einen Behälter zugeführt, in dem es zusätzlich erwärmt und zumindest teilweise geschmolzen wird. Als nächstes wird die Legierung mechanisch durch Einwirkung einer Rotationsschnecke, von Rotationsplatten oder anderen Mitteln hin- und herbewegt. Wenn das Material verarbeitet wird, wird es in den Behälter vorgeschoben. Die Kombination aus partiellem Schmelzen und gleichzeitigem Hin- und Herbewegen erzeugt eine Aufschlämmung aus der Legierung, enthaltend diskrete degenerierte dendritische kugelförmige Partikel oder mit anderen Worten einen halbfesten Zustand des Materials, das thixotrope Eigenschaften aufweist. Die thixotrope Aufschlämmung wird zu einer anderen Zone überführt, bei der es sich um einen zweiten Behälter handeln kann, der benachbart zu einer Düse angeordnet ist. Die Aufschlämmung kann daran gehindert werden, aus der Düsenspitze auszulecken oder zu tropfen durch kontrollierte Verfestigung eines festen Metallstopfens aus dem Material in der Düse (durch Steuern der Düsentemperatur). Alternativ kann ein mechanisches oder ein anderes Abdichtungsschema verwendet werden. Die abgedichtete Düse stellt einen Schutz für die Aufschlämmung vor Oxidation dar bzw. vor Bildung von Oxid auf der Innenwandung der Düse, das anderweitig in das fertiggestellte geformte Teil eingetragen werden würde. Die abgedichtete Düse dichtet außerdem den Druckgusshohlraum auf der Einspitzseite ab, wodurch gegebenenfalls die Verwendung von Unterdruck erleichtert wird, um den Druckgusshohlraum zu evakuieren, was zu einer Erhöhung der Komplexität und Qualität der derart geformten Teile führt.An injection molding technique using thixotropic alloys to provide a "quasi-cast" state is also known. With this technique, the feed material is fed into a container in which it is additionally heated and at least partially melted. Next, the alloy is mechanically reciprocated by the action of a rotary screw, rotating plates, or other means. When the material is processed, it is fed into the container. The combination of partial melting and simultaneous agitation produces a slurry of the alloy containing discrete degenerate dendritic spherical particles or, in other words, a semi-solid state of material having thixotropic properties. The thixotropic slurry is transferred to another zone, which may be a second container located adjacent a nozzle. The slurry can be prevented from leaching or dripping from the nozzle tip by controlled solidification of a solid metal plug from the material in the nozzle (by controlling the nozzle temperature). Alternatively, a mechanical or other sealing scheme may be used. The sealed nozzle provides protection to the slurry from oxidation or from formation of oxide on the inner wall of the nozzle, otherwise into the finished molded part would be registered. The sealed nozzle also seals the die-casting cavity on the injection side, possibly facilitating the use of negative pressure to evacuate the die-cast cavity, resulting in an increase in the complexity and quality of the parts so formed.

Sobald sich eine geeignete Aufschlämmungsmenge für die Herstellung des Gegenstands in dieser Zone angesammelt hat, veranlasst ein Kolben, eine Schnecke oder ein anderer Mechanismus das Material dazu, in den Druckgusshohlraum eingespritzt zu werden, der den gewünschten Feststoffgegenstand bildet. Derartige Guss- bzw. Einspritzmaschinen der vorstehend genannten bzw. verwandter Varietäten werden vorliegend als halbfeste Metallspritz(SSMI)formmaschinen bezeichnet.As soon as a suitable amount of slurry for the Production of the item in this zone a piston, a worm, or some other mechanism is the material to be injected into the die-casting cavity that has the desired Solid article forms. Such casting or injection machines of the above mentioned or related varieties are presently known as semi-solid metal spraying (SSMI) molding machines designated.

Aktuell führen SSMI-Formmaschinen typischerweise einen Teil des Erwärmens des Materials in einem Kessel der Maschine durch. Das Material wird an einem Abschnitt des Kessels zugeführt, während sich dieser auf reduzierter Temperatur befindet, und daraufhin auf eine Reihe von Erwärmungszonen vorgeschoben, wobei die Temperatur des Materials rasch und zumindest anfänglich progressiv erhöht wird. Die Heizelemente selbst, typischerweise Widerstands- oder Induktionsheizer, der jeweiligen Zonen entlang dem Kessel können oder können nicht progressiv heißer sein als die vorausgehenden Heizelemente. Hierdurch existiert ein Wärmegradient sowohl durch die Dicke des Kessels wie entlang der Länge des Kessels.Current to lead SSMI molding machines typically form part of the heating of the Material in a boiler of the machine. The material will fed to a portion of the boiler, while this reduced to Temperature, and then to a series of heating zones advanced, the temperature of the material quickly and at least initially progressively increased becomes. The heating elements themselves, typically resistance or Induction heaters, which may or may not be zones along the boiler can not progressively hotter be as the previous heating elements. This exists thermal gradient both by the thickness of the boiler as along the length of the Boiler.

Eine Kesselkonstruktion für derartige Maschinen sieht vor, dass die Kessel als lange (bis hin zu 27,94 cm) und dicke (Außendurchmesser bis hin zu 27,94 cm mit 7,62 bis 10,16 cm dicken Wänden) monolithische Zylinder gebildet sind. Da die Größe und die Durchsatzkapazitäten dieser Maschinen zugenommen haben, haben die Länge und Dicken des Kessels entsprechend zugenommen. Dies hat zu erhöhten Wärmegradienten über die ganzen Kessel geführt und zu unvorhergesehenen und nicht zu erwartenden Konsequenzen. Das primäre Kesselmaterial, Knetlegierung 718 (mit einer begrenzenden Zusammensetzung von: Nickel (plus Kobalt) 50,00–55,00%; Chrom 17,00–21,00%; Eisen als Rest; Kolumbium (plus Tantal) 4,75–5,50%; Molybdän 2,80–3,30%; Titan 0,65–1,15%; Aluminium 0,20–0,80%; Kobalt max. 1,00%; Kohlenstoff max. 0,08%; Mangan max. 0,35%; Silizium max. 0,35%; Phosphor max. 0,015%; Schwefel max. 0,015%; Bor max. 0,006%; Kupfer max. 0,30%), das zum Erstellen dieser Kessel verwendet wurde, ist häufig teuer und schwer erhältlich. Außerdem zeigt Legierung 718 ungünstige Spannungsrisseigenschaften, unzureichende Längungseigenschaft und Phaseninstabilität.A Boiler construction for Such machines provides that the boiler as long (up to to 27.94 cm) and thick (outside diameter up to 27,94 cm with 7,62 to 10,16 cm thick walls) monolithic cylinders are formed. Because the size and the Throughput capacity These machines have increased the length and thicknesses of the boiler increased accordingly. This has increased thermal gradients over the led whole boiler and unforeseen and unexpected consequences. The primary Boiler material, wrought alloy 718 (with a limiting composition of: nickel (plus cobalt) 50.00-55.00%; Chrome 17.00-21.00%; Iron as the remainder; Colombium (plus tantalum) 4.75-5.50%; Molybdenum 2.80-3.30%; Titanium 0.65-1.15%; Aluminum 0.20-0.80%; Cobalt max. 1.00%; Carbon max. 0.08%; Manganese max. 0.35%; silicon Max. 0.35%; Phosphorus max. 0.015%; Sulfur max. 0.015%; Boron max. 0.006%; Copper max. 0.30%) used to create these cauldrons was, is often expensive and hard to get. Furthermore shows alloy 718 unfavorable Stress cracking properties, insufficient elongation property and phase instability.

Feinkörnige Legierung 718 großer Qualität ist teuer und ausschließlich als gegossener/gekneteter Rohling erhältlich, was ausgiebiges Bohren und externe spanabhebende Bearbeitung erfordert, um komplexe Kessel zu formen. Das Abmaterial an Le gierung 718, das anfällt, wenn diese Route begangen wird, beträgt bis hin zu 50%. Außerdem ist Legierung 718 bei 600–700°C instabil und neigt dazu, seine doppelt abgeschlichtete feine Gammahärtungsphase in eine brüchige Deltaphase zu transformieren. Stoßenergie (Charpy V-notch) und Spannungsdruckfestigkeit können dadurch beeinträchtigt sein.Fine grained alloy 718 big quality is expensive and exclusive available as a cast / kneaded blank, which means extensive drilling and external machining requires to complex boiler to shape. The ablation on alloy 718, which occurs when this route is committed amounts to up to 50%. Furthermore Alloy 718 is unstable at 600-700 ° C and tends to have its double-coated fine gamma hardening phase in a fragile Transform delta phase. Impact energy (Charpy V-notch) and Stress resistance can thereby impaired be.

Walmen (Hipping, im Folgenden Hipping oder Hippen genannt) komplexer roher Formen aus Legierung 718 ist erwünscht, um die Ausbeute zu erhöhen und Auskleidungen anzubringen. Gegossene/geknetete Legierung 718 leidet jedoch an einem Kornwachstum in große Körner aus ASTM Nr. 00. Stoßenergie (Charpy V-notch) und Spannungsbruchfestigkeit können erneut beeinträchtigt sein. Eine Pulvermetalllegierung 718 behält eine feinere Korngröße beim Walmen (Hipping) bei; die Spannungsbrucheigenschaften (Lebensdauer und Duktilität) leiden jedoch weiterhin ernsthaft. Außerdem expandiert Thixomolding®, ein halbfestes Metallspritzgießen thixotroper Legierungen, in höheren Temperaturlegierungen, die der Legierung 718 zusätzliche Instabilität verleihen.Walzing (hipping, hereafter called hipping) of complex raw Alloy 718 forms is desirable to increase yield and apply liners. However, cast / kneaded alloy 718 suffers from grain growth into large grains of ASTM No. 00. Impact energy (Charpy V-notch) and stress rupture strength may again be compromised. A powder metal alloy 718 maintains a finer grain size during hipping; however, the stress rupture properties (life and ductility) continue to suffer seriously. Furthermore, thixomolding ® expanded, a semi-solid thixotropic metal injection molding alloys, high temperature alloys, which confers the alloy 718 additional instability.

In einigen Fällen sind zu Bruch gegangene monolithische Kessel analysiert worden und es wurde festgestellt, dass die Kessel als Ergebnis von Wärmespannung zu Bruch gegangen waren und insbesondere als Ergebnis von Wärmeschock im kalten bzw. Eingangsende der Kessel. Das kalte oder Eingangsende eines Kessels bezeichnet vorliegend denjenigen Abschnitt bzw. dasjenige Ende, an dem das Material zunächst in den Behälter bzw. Kessel gelangt. Genau in diesem Abschnitt treten die meisten intensiven Wärmegradienten auf, insbesondere in einem Zwischentemperaturbereich des kalten Abschnitts, der stromabwärts von der Stelle zu liegen kommt, an der das Material eintritt. Große gekörnte Legierung 718 ist speziell anfällig für Rissbildung unter diesen hohen Spannungsbedingungen.In some cases fractured monolithic kettles have been analyzed and It was found that the boiler as a result of thermal stress had broken and in particular as a result of thermal shock in the cold or input end of the boiler. The cold or entrance end a boiler referred to in this section or that End at which the material first in the container or boiler passes. Exactly in this section most occur intense thermal gradients, in particular in an intermediate temperature range of the cold section, the downstream from the point where the material enters. Great grained alloy 718 is especially vulnerable for cracking underneath these high voltage conditions.

Während der Verwendung einer SSMI-Formmaschine kann das feste Ausgangsmaterial, das in Pellet- oder Chipform vorliegen kann, in den Kessel bei Umgebungstemperaturen zugeführt werden, ungefähr bei 75°F. Da sie lang und dick sind, sind die Kessel dieser Form maschinen von Natur aus thermisch ineffizient zum Erwärmen eines in sie zugeführten Materials. Durch den Zufluss von "kaltem" Ausgangsmaterial wird ein Bereich des Kessels signifikant auf seiner Innenseite abgekühlt. Die Außenseite dieses Bereichs wird jedoch durch das Ausgangsmaterial nicht merklich beeinflusst oder abgekühlt auf Grund der Positionierung der Heizer um diesen Bereich herum. Ein signifikanter Wärmegradient, der über die Dicke des Kessels gemessen ist, wird dadurch in diesen Bereich des Kessels induziert. Ein Wärmegradient wird außerdem entlang der Kessellänge induziert. In demjenigen Bereich des Kessels, in dem festgestellt wurde, dass sich der höchste Wärmegradient entwickelt, wird der Kessel intensiver erwärmt auf Grund des weniger häufigen "Ausschaltens" der Heizer.During use of an SSMI molding machine, the solid starting material, which may be in pellet or chip form, may be fed into the vessel at ambient temperatures, approximately at 75 ° F. Being long and thick, the boilers of these molding machines are inherently thermally inefficient for heating a material fed into them. Due to the inflow of "cold" starting material, a Be rich of the boiler cooled significantly on its inside. However, the outside of this area is not appreciably affected or cooled by the starting material due to the positioning of the heaters around this area. A significant thermal gradient, measured across the thickness of the boiler, is thereby induced in this area of the boiler. A thermal gradient is also induced along the kettle length. In the area of the boiler where it has been determined that the highest thermal gradient is developing, the boiler is heated more intensely due to the less frequent "switching off" of the heaters.

Innerhalb des Kessels führt Scherwirkung auf und Bewegung des Ausgangsmaterials in Längsrichtung durch die verschiedenen Heizzonen des Kessels dazu, dass die Temperatur des Ausgangsmaterials steigt, wobei ein Gleichgewicht auf einem gewünschten Pegel stattfindet, wenn es das gegenüberliegende bzw. heiße Ende des Kessels erreicht. Am heißen Ende des Kessels zeigt das verarbeitete Material Temperaturen üblicherweise im Bereich von 1050–1100°F abhängig von der speziellen verarbeiteten Legierung. Zur Verarbeitung von Magnesium betragen die maximalen Temperaturen, denen die inneren Abschnitte des Kessels unterworfen sind, etwa 1180°F. Das Äußere des Kessels kann bis hin zu 1530°F erwärmt werden, um diese Temperaturen zu erzielen.Within of the boiler leads Shearing action on and movement of the starting material in the longitudinal direction the different heating zones of the boiler cause the temperature of the starting material increases, leaving a balance on one desired Level takes place when it is the opposite or hot end reached the boiler. On the hot At the end of the boiler, the processed material usually shows temperatures in the range of 1050-1100 ° F depending on the special processed alloy. For processing magnesium are the maximum temperatures to which the inner sections are subjected to the boiler, about 1180 ° F. The exterior of the boiler can go all the way to 1530 ° F heated to achieve these temperatures.

Wenn das Ausgangsmaterial erwärmt wird, sieht die Innenseite des Kessels entsprechend eine Erhöhung ihrer Temperatur. Diese Erhöhung der Innenseitentemperaturen tritt bis zu einem bestimmten Ausmaß entlang der gesamten Länge des Kessels auf, einschließlich demjenigen Abschnitt, der durch den Zufluss von kaltem Material gekühlt wird, an dem das Ausmaß geringer ist.If the starting material is heated the inside of the boiler will see an increase in theirs accordingly Temperature. This increase the inside temperatures will go down to a certain extent the entire length of the boiler, including the section caused by the inflow of cold material chilled becomes, at which the extent diminishes is.

Sobald sich eine ausreichende Materialmenge angesammelt hat und das Material seine thixotropen Eigenschaften zeigt, wird das Material in den Gusshohlraum injiziert, der eine Form in Übereinstimmung mit der Form des gewünschten herzustellenden Gegenstands aufweist. Zusätzliches Ausgangsmaterial wird daraufhin oder kontinuierlich in den kalten Abschnitt des Kessels eingeleitet, wodurch wiederum die Temperatur der Kesselinnenseite gesenkt wird.As soon as a sufficient amount of material has accumulated and the material shows its thixotropic properties, the material is in the Cast cavity injected, which forms a shape in accordance with the mold of the desired having to be manufactured article. Additional starting material is then or continuously into the cold section of the boiler initiated, which in turn the temperature of the boiler inside is lowered.

Wie die vorstehend angeführte Diskussion demonstriert, erleidet die Innenseite des Kessels, insbesondere in demjenigen Bereich des Kessels, in den das Ausgangsmaterial zugeführt wird, einen zyklischen Ablauf seiner Temperatur während des Betriebs der SSMI-Formmaschine. Dieser Wärmegradient zwischen den Innen- und Außenseiten des Kessels wurde als bis zu 350°C ermittelt.As the above Discussion demonstrates, suffers the inside of the boiler, in particular in the area of the boiler into which the starting material is fed, a cycle of its temperature during operation of the SSMI molding machine. This thermal gradient between the inside and outside The boiler was considered to be up to 350 ° C determined.

Da der Nickelgehalt der Legierung 718 einer Korrosion unterliegt durch geschmolzenes Magnesium, bei dem es sich aktuell um das am Weitesten verbreitet verwendete thixotrope Material handelt, sind die Behälter zur Herstellung der thixotropen Legierung ausgekleidet worden mit einer Hülse aus magnesiumbeständigem Material. Mehrere derartige bekannte Materialien sind Stellite 12 (nominell 30 Cr, 8,3 W und 1,4 C; StoodyDoloro-Stellite Corp.), PM 0,80 Legierung (nominell 0,8 C, 27,81 Cr, 4,11 W, Rest Co mit 0,66 N) und Nb-basierte Legierungen (wie etwa Nb-30Ti-20W). Weitere geschmolzene Materialien, wie etwa Aluminium, sind ebenfalls hochgradig korrosiv und erosiv für Materialien, die herkömmlicherweise für Bestandteile der Maschinen zur Bildung thixotroper Materialien oder zur anderweitigen Verarbeitung dieser Legierungen verwendet werden.There the nickel content of the alloy 718 is subject to corrosion molten magnesium, which is currently the farthest commonly used thixotropic material, the containers are for Preparation of thixotropic alloy lined with a Sleeve off magnesiumbeständigem Material. Several such known materials are Stellite 12 (nominally 30 Cr, 8.3 W and 1.4 C, Stoody Doloro-Stellite Corp.), PM 0.80 alloy (nominal 0.8 C, 27.81 Cr, 4.11 W, balance Co with 0.66N) and Nb-based alloys (such as Nb-30Ti-20W). Further Molten materials such as aluminum are also high grade corrosive and erosive for Materials conventionally for ingredients the machines for the formation of thixotropic materials or otherwise Processing of these alloys are used.

In dem Fall, in dem Auskleidungen verwendet werden, müssen offensichtlich die Expansionskoeffizienten des Behälters und der Auskleidung miteinander kompatibel sein, damit die Maschine funktioniert. Ein Problem bei ausgekleideten Behältern betrifft das Delaminieren bzw. Ablösen der Auskleidung vom Rest des Behälters bzw. der Schale. Eine Analyse stark belasteter Kessel hat ergeben, dass ein Spalt zwischen der Auskleidung und der Schale auftritt. Dieser Spalt seinerseits führt zu einer Verringerung des Wärmeübertragungswirkungsgrads zwischen der Auskleidung und der Schale, was erfordert, dass noch größere Temperaturen an die Schale angelegt werden, wodurch größere Wärmegradienten im gesamten Behälter erzeugt werden.In the case in which liners are used must be obvious the expansion coefficients of the container and the lining with each other be compatible for the machine to work. A problem with lined containers concerns the delamination or detachment of the lining from the rest of the container or the shell. An analysis of heavily loaded boilers has revealed that a gap between the lining and the shell occurs. This Gap on his part leads to a reduction in heat transfer efficiency between the lining and the shell, which requires that yet higher temperatures be applied to the shell, creating greater thermal gradients throughout the container become.

Auf Grund des signifikanten Pendelns des Wärmegradienten in dem Behälter erleidet der Behälter Wärmeermüdung und Schock. Dies kann zu einer Rissbildung in dem Behälter und der Auskleidung führen. Sobald in der Behälterauskleidung Risse aufgetreten sind, kann verarbeitete Legierung in die Auskleidung eindringen und den Behälter angreifen. Sowohl die Rissbildung der Auskleidung wie das Angreifen des Behälters durch die Legierung haben nachgewiesenermaßen zu einem frühzeitigen Ausfall der Kessel geführt.On Reason for the significant oscillation of the thermal gradient in the container suffers the container thermal fatigue and Shock. This can lead to cracking in the container and lead the lining. As soon as in the container liner Cracks may occur, processed alloy in the lining penetrate and the container attack. Both the cracking of the lining as attacking of the container the alloy has been proven to be early Failure of the boiler out.

In Reaktion auf die vorstehend aufgelisteten sowie weitere Nachteile ist eine mehrteilige Kesselkonstruktion bereitgestellt worden, wobei ein Abschnitt des Kessels für die Zubereitung des thixotropen Materials und der andere Abschnitt des Kessels für die Anforderungen bei der Hochdruckformung ausgelegt sind. Diese Abschnitte werden als kalte und heiße Auslassabschnitte des Kessels bezeichnet und sie sind in unterschiedlicher Weise konstruiert und miteinander verbunden.In response to the above-listed and other disadvantages, a multi-part boiler construction has been provided wherein one portion of the boiler for the preparation of the thixotropic material and the other portion of the boiler are designed for the requirements of high pressure forming. These sections are called cold and hot outlet sections of the boiler and they are different Licher way constructed and interconnected.

In einer mehrteiligen Konstruktion ist der kalte Abschnitt mit einem relativ dünnen Materialabschnitt erstellt (was mit einer geringen. Spannungsfestigkeit einhergeht). Dieses Material, das auch kostengünstiger sein kann als das Material des heißen Abschnitts, zeigt verbesserte Wärmeleitfähigkeit und besitzt einen verringerten Wärmeausdehnungskoeffizienten relativ zu dem Material des heißen Abschnitts. Dieses Material zeigt auch gute Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem thixotropen Material, das verarbeitet werden soll. Mehrere bevorzugte Materialien für den kalten Abschnitt des Kessels sind Edelstahl 422, T-2888-Legierung und Legierung 909, die ausgekleidet sein können mit einer Nb-basierten Legierung (wie etwa Nb-30Ti-20W).In a multi-part construction is the cold section with a relatively thin Material section created (which with a low accompanied). This material, which can also be cheaper than the material of the hot Section, shows improved thermal conductivity and has a reduced coefficient of thermal expansion relative to the material of the hot Section. This material also shows good wear and corrosion resistance across from the thixotropic material to be processed. Several preferred Materials for The cold section of the boiler are 422 stainless steel, T-2888 alloy and alloy 909, which may be lined with a Nb-based Alloy (such as Nb-30Ti-20W).

Der heiße Abschnitt ist aus einem relativ dicken (und damit hochgradig spannungsfesten) wärmeermüdungsbeständigem, kriechbeständigem und wärmeschockbeständigem Material erstellt. Eine Konfiguration des heißen Abschnitts sieht die Verwendung von feinkörniger Legierung 718 mit einer gewalmten (hipped) Auskleidung aus einer Nb-basierten Legierung, wie etwa Nb-30Ti-20W, zu Gunsten niedriger Kosten und besserer Angriffbeständigkeit in Bezug auf das zu verarbeitende Material vor.Of the name is Section is made of a relatively thick (and thus highly stress-resistant) wärmeermüdungsbeständigem, creep resistant and heat shock resistant material created. A configuration of the hot section sees the use of fine-grained Alloy 718 with a hipped lining of one Nb-based alloy, such as Nb-30Ti-20W, in favor of lower cost and better attack resistance in relation to the material to be processed.

Ein Düsenabschnitt (der mit dem Ende des heißen Abschnitts gegenüberliegend zum kalten Abschnitt verbunden ist) kann in ähnlicher Weise erstellt sein, damit Restmaterial in der Düse in einen Dichtungsstopfen verfestigt werden kann. Anderweitig kann die Düse mit einem mechanischen Dichtungsmechanismus versehen sein.One nozzle section (the one with the end of the hot Section opposite connected to the cold section) can be created in a similar way So that residual material in the nozzle can be solidified in a sealing plug. Otherwise can the nozzle be provided with a mechanical sealing mechanism.

Aus den amerikanischen Patenten US 5,819,839 und US 5,711,366 ist je eine Gießkammer für Thixogießen bekannt, bei der eine äußere Schicht eine korrosionsresistente Nb-basierte Schicht ist, an die sich für eine Innenschicht ein anderes Material, gegebenenfalls mit Zwischenschicht aus einem dritten Material anschließt.From the American patents US 5,819,839 and US 5,711,366 For example, a casting chamber for thixocasting is known, in which an outer layer is a corrosion-resistant Nb-based layer to which an inner layer is followed by another material, optionally with an intermediate layer of a third material.

Während das Problem großer Wärmegradienten in einem Behälter vorstehend für einige bestimmte Maschinen und Behälter für das halbfeste Metallspritzgießen erläutert worden ist, wird das Problem großer Wärmegradienten in einem Schmelz- bzw. Druckbehälter in einer großen Vielfalt von Metallformprozessen und -vorrichtungen angetroffen. Während die bekannten Kessel- oder andere Behälterkonstruktionen für ihren beabsichtigten Zweck angemessen arbeiten, besteht nach wie vor ein Bedarf an einer verbesserten Behälterkonstruktion, die Wärmespannungen minimiert und eine lange Lebensdauer bereitstellt unter höheren Betriebstemperaturen.While that Problem big thermal gradient in a container above for some particular machines and containers for semi-solid metal injection molding have been explained is, the problem becomes large thermal gradients in a melting or pressure vessel in a big one Variety of metal forming processes and devices encountered. While the known boiler or other container designs for their work adequately, there is still one Need for an improved container construction, the thermal stresses minimized and provides a long life under higher operating temperatures.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSHORT SUMMARY THE INVENTION

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dem vorstehend genannten Bedarf nachzukommen durch Bereitstellen einer verbesserten Behälterkonstruktion zum Zubereiten von geschmolzenen oder halb geschmolzenen Metallen, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, Magnesium und Aluminium.A Main object of the present invention is the above meet these needs by providing an improved container construction for preparing molten or semi-molten metals, including, but not limited thereto Magnesium and aluminum.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Konstruktion mit verringerten Wärmespannungen unter den vorstehend genannten höheren Betriebsbedingungen zu schaffen.A The object of the present invention is a construction with reduced thermal stresses among the above mentioned higher ones To create operating conditions.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Konstruktion zu schaffen, die eine höhere Lebensdauer selbst unter erhöhten Betriebstemperaturen ermöglicht.A Another object of the present invention is a construction to create a higher one Lifespan even under elevated Operating temperatures possible.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Konstruktion mit verringerten statischen und zyklischen Wärmespannungen bereit zu stellen.A Another object of this invention is a construction with reduced static and cyclic thermal stresses.

Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Konstruktion zu schaffen, die niedrige Kosten und hohe Produktionsraten erlaubt.Yet Another object of this invention is to provide a construction to create low cost and high production rates.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Einschritt-Hipping von reinen Formkomponenten bzw. Nutzformkomponenten zu schaffen, die sich durch einen guten Beanspruchungszeitstand, gute Duktilität und gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber flüssigen Metallen und Luft auszeichnen.A Another object of this invention is to provide one-step hipping to create pure mold components or Nutzformkomponenten, which is characterized by a good load time, good ductility and good corrosion resistance across from liquid Distinguish metals and air.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Schale des aus Legierung 718 gebildeten Kessels durch eine stabilere, oxidationsbeständige, duktile feinkörnige Legierung 720 oder eine Legierung ähnlicher Zusammensetzung zu ersetzen.Yet Another object of the present invention is to provide Shell of the alloy 718 boiler by a more stable, oxidation resistant, ductile fine-grained Alloy 720 or an alloy of similar composition to replace.

Zur Lösung der einen oder anderen oder sämtlicher vorstehender Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung einen Behälter zur Verarbeitung von Metallmaterial in geschmolzenem oder halb geschmolzenem Zustand bereit. Der Behälter seinerseits umfasst einen Körper, der eine Kammer festlegt, in der das Material aufgenommen wird. Zur Aufnahme des Materials ist in diesem Körper außerdem ein Einlass festgelegt. Außerdem ist zum Austragen des Materials aus der Kammer und aus dem Körper ein Auslass in dem Körper festgelegt. Der Körper ist ferner aus einem Seitenwandabschnitt hergestellt, der aus drei Schichten gebildet ist, einer Außenschicht, einer Innenschicht und einer Zwischenschicht.to solution one or the other or all In the foregoing, the present invention provides a container for processing of metal material in molten or semi-molten state ready. The container in turn comprises a body which defines a chamber in which the material is taken up. To accommodate the material, an inlet is also defined in this body. Besides that is for discharging the material from the chamber and out of the body Outlet in the body established. The body is further made of a side wall portion, which consists of three Layers is formed, an outer layer, an inner layer and an intermediate layer.

Die Außenschicht ist aus einem ersten Material gebildet, die Innenschicht ist aus einem vom ersten Material unterschiedlichen zweiten Material gebildet. Außerdem legt die Innenschicht die Innenseite der vorstehend genannten Kammer fest. Angeordnet zwischen den Innen- und Außenschichten befindet sich die Zwischenschicht. Diese Schicht ist aus einem sowohl vom ersten wie vom zweiten Material unterschiedlichen dritten Material gebildet. Das Material der Zwischenschicht ist weicher als das Material von sowohl der Außenschicht wie der Innenschicht und sie minimiert dadurch den Wärmegradienten, der durch die Dicke des Behälters sowie entlang der Länge des Behälters auftritt. Diese Schicht ist mit den Innen- und Außenschichten verbunden und blockiert jegliche Flüssigmetallkorrosionsattacke der äußeren Schicht. Durch Reduzieren des Wärmegradienten werden Belastungen bzw. Spannungen in dem Behälter ebenfalls reduziert und hieraus resultiert eine entsprechende Erhöhung der Standzeit des Behälters.The outer layer is made of a first material, the inner layer is made of formed of a different material from the first material. Furthermore The inner layer defines the inside of the aforementioned chamber firmly. Located between the inner and outer layers is located the intermediate layer. This layer is from one of both of the first as formed by the second material different third material. The material of the intermediate layer is softer than the material of both the outer layer as the inner layer and thereby minimizes the thermal gradient, the through the thickness of the container as well as along the length of the container occurs. This layer is with the inner and outer layers connected and blocked any liquid metal corrosion attack the outer layer. By reducing the thermal gradient loads or stresses in the container are also reduced and This results in a corresponding increase in the service life of the container.

Eine Modifikation des Härtungsmechanismus für die Legierung 718 ist geeignet, den Härtungsmechanismus zu stabilisieren und die Deltaphasenpräzipitation zu unterbinden. Dies erbringt Ni-basierte Superlegierungen mit einer größeren Festigkeit bei 600–750°C bei langer Lebensdauer und Retention der Duktilität. Diese Legierungen, beispielsweise Legierung 720, nutzen niedrigeres Nb und höheres Ti + Al zur Erzielung einer stabilen Gammaprimärphase. Diese bevorzugten Legierungen können bei hohen Temperaturen (beispielsweise 1150°C) ohne ausgeprägtes Kornwachstum gehippt werden, das in der gegossenen/gekneteten Legierung 718 angetroffen wird, und ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften, die in der Pulvermetallurgielegierung 718 angetroffen wird, ausgehend von Korngrenzenpräzipitaten. Dadurch können Dreischichtkonstruktionen des Superlegierungskessels, eine Verbindungsschicht und eine Auskleidung ein einem Schritt gehippt werden, um reine Formen herzustellen, die wenig spanabhebende Bearbeitung und Materialverlust mit sich bringen und damit kostengünstiger sind.A Modification of the curing mechanism for the Alloy 718 is suitable for stabilizing the curing mechanism and the delta phase precipitation to prevent. This provides Ni-based Superalloys with greater strength at 600-750 ° C at long Lifespan and retention of ductility. These alloys, for example Alloy 720, use lower Nb and higher Ti + Al to achieve a stable gamma prime phase. These preferred alloys can at high temperatures (eg 1150 ° C) without pronounced grain growth that found in the cast / kneaded alloy 718 will, and without interference the properties encountered in powder metallurgy alloy 718 is, starting from grain boundary precipitates. This allows three-layer constructions of the superalloy boiler, a tie-layer and a liner be taken one step to make pure shapes, the little machining and material loss with it bring and therefore more cost-effective are.

Einsätze für heiße Eingusskanäle und heiße Ausgusskanäle sowie Schussbuchsen können im selben Dreischichtformat erstellt werden.Inserts for hot runners and hot spouts as well Shot bushes can be created in the same three-layer format.

Weitere Vorteile und weiterer Nutzen der vorliegenden Erfindung erschließt sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik, an den sich die vorliegende Erfindung wendet, aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und den anliegenden Ansprüchen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.Further Advantages and further benefits of the present invention are apparent those skilled in the art to which the present Invention, from the following description of the preferred embodiment and the appended claims in conjunction with the attached drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 zeigt eine allgemeine Ansicht einer Vorrichtung mit einem Abschnitt eines Behälters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, der genutzt wird, Ausgangsmaterial in einen geschmolzenen und/oder halb geschmolzenen Zustand umzusetzen; und 1 Figure 9 is a general view of an apparatus having a portion of a container in accordance with the present invention utilized to convert feedstock to a molten and / or semi-molten state; and

2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts eines Behälters mit Dreischichtkonstruktion in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 Figure 11 is an enlarged view of a portion of a three-layer construction container in accordance with the preferred embodiment of the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Unter Bezug auf die Zeichnungen ist eine Maschine bzw. eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Metallmaterial in einen thixotropen Zustand und Formen des Materials für geformte, gegossene oder geschmiedete Gegenstände, aufgebaut in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, in der 1 allgemein gezeigt und mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Im Gegensatz zu typischen Guss- und Schmiedemaschinen ist die vorliegende Erfindung ausge legt zur Verwendung eines festen Ausgangsmaterials aus Metall oder Metalllegierung (nachfolgend der Einfachheit halber als "Legierung" bezeichnet). Dies beseitigt die Notwendigkeit für einen Schmelzofen beim Druckgießen oder Schmieden.With reference to the drawings, a metal material processing apparatus is in a thixotropic state and molded material for molded, cast or forged articles constructed in accordance with the present invention is shown in FIG 1 generally shown and with the reference numeral 10 designated. Unlike typical casting and forging machines is the present invention provides for the use of a solid starting material of metal or metal alloy (hereinafter referred to as "alloy" for simplicity). This eliminates the need for a melting furnace in die casting or forging.

Während sie in 1 in Verbindung mit der Vorrichtung 10 gezeigt ist, wird bemerkt, dass die nachfolgend detailliert ausgeführte Behälterkonstruktion auch auf Schmelzbehälter anderer Maschinen anwendbar ist, die verwendet werden, um Metalle zu schmelzen. Die vorliegende Erfindung ist deshalb nicht als beschränkt anzusehen auf eine spezielle Maschinenkonstruktion, einen speziellen Prozess zum Schmelzen von Metall und Legierungen oder zur Verwendung beim Schmelzen von ausschließlich bestimmten Metallen oder Legierungen.While in 1 in connection with the device 10 11, it will be noted that the container construction detailed below is also applicable to the melting vessels of other machines used to melt metals. The present invention is therefore not to be construed as limited to a particular machine construction, a specific process for melting metal and alloys, or for use in melting only certain metals or alloys.

Die Vorrichtung 10, die in 1 allgemein gezeigt ist, umfasst einen Behälter bzw. Kessel bzw. Fass bzw. eine Schusshülse 12, der bzw. das bzw. die mit einer Form 16 verbunden ist. Wie nachfolgend näher erläutert, enthält der Behälter 12 einen Einlassabschnitt 14, einen Schussabschnitt 15 und eine Auslassdüse 30. Ein Einlass 18 ist im Einlassabschnitt 14 angeordnet und ein Auslass 20 ist im Schussabschnitt 15 angeordnet. Der Einlass 18 ist dazu ausgelegt, das Legierungsrohmaterial (in Phantomlinien gezeigt) in fester partikelförmiger, palletierter oder Chipform von einem Zuführtrichter 22 zu empfangen, in dem das Ausgangsmaterial vorgeheizt werden kann.The device 10 , in the 1 Generally, a container or kettle or shot sleeve is included 12 , the one or the one with a form 16 connected is. As explained in more detail below, the container contains 12 an inlet section 14 , a shot section 15 and an outlet nozzle 30 , An inlet 18 is in the inlet section 14 arranged and an outlet 20 is in the shot section 15 arranged. The inlet 18 is designed to charge the alloy raw material (shown in phantom lines) in solid particulate, palletized, or chip form from a feed hopper 22 to receive, in which the starting material can be preheated.

Es wird vorweggenommen, dass die in der Vorrichtung 10 gebildeten Gegenstände eine beträchtlich geringere Defektrate zeigen sowie geringere Porosität als nicht thixotrop geformte oder herkömmlich druckgegossene Gegenstände. Es ist bekannt, dass durch Verringern der Porosität die Festigkeit und Duktilität des Gegenstands erhöht werden können. Jegliche Reduzierung von Gussdefekten sowie jegliche Verringerung der Porosität ist offensichtlich als wünschenswert anzusehen.It is anticipated that in the device 10 formed articles show a significantly lower defect rate and lower porosity than non-thixotropic shaped or conventionally die cast articles. It is known that by reducing the porosity, the strength and ductility of the article can be increased. Any reduction in casting defects as well as any reduction in porosity is obviously desirable.

Eine Gruppe von Legierungen, die zur Verarbeitung in der Vorrichtung 10 geeignet sind, umfassen Magnesiumlegierungen und Al-, Zn-, Ti- und Cu-Legierungen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht als hierauf beschränkt anzusehen, weil davon ausgegangen wird, dass jegliches Metall bzw. jegliche Metalllegierung, die geeignet ist, in halbfestem oder flüssigem Zustand verarbeitet zu werden, mit der vorliegenden Erfindung zusammen verwendbar ist.A group of alloys suitable for processing in the device 10 include magnesium alloys and Al, Zn, Ti and Cu alloys. However, the present invention should not be construed as being limited thereto, since it is believed that any metal or metal alloy capable of being processed in semi-solid or liquid state is usable with the present invention.

Am Boden bzw. an der Unterseite des Zuführtrichters 22 wird das Rohmaterial durch einen Auslass 32 in einen volumetrischen Zuführer bzw. Zuführzylinder 38 ausgetragen. Eine (nicht gezeigte) Zuführschnecke ist in dem Zuführer 38 angeordnet und wird durch einen geeigneten Antriebsmechanismus 40, wie etwa einen Elektromotor, drehangetrieben. Die Rotation der Schnecke innerhalb des Zuführers 38 schiebt das Rohmaterial mit einer vorbestimmten Rate zur Zuführung in das Fass 12 durch eine Überführungsleitung oder einen Zuführschlund 42 und dem Einlass 18 zu. Andere Mechanismen zum Bereitstellen des Rohmaterials zum Einlass 18 können alternativ verwendet werden.At the bottom or at the bottom of the feed hopper 22 The raw material is passed through an outlet 32 in a volumetric feeder or feed cylinder 38 discharged. A feed screw (not shown) is in the feeder 38 arranged and is by a suitable drive mechanism 40 , such as an electric motor, rotationally driven. The rotation of the screw inside the feeder 38 pushes the raw material at a predetermined rate for feeding into the keg 12 through a transfer line or a feed throat 42 and the inlet 18 to. Other mechanisms for providing the raw material to the inlet 18 can be used alternatively.

Sobald es in dem Behälter 12 aufgenommen ist, erwärmen Heizelemente 24 das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur, so dass das Metall in seinen Zweiphasenbereich gebracht wird. In diesem Zweiphasenbereich befindet sich die Temperatur des Rohmaterials in dem Behälter 12 zwischen den Solidus- und Liquidustemperaturen der Legierung, es schmilzt partiell und es befindet sich in einem Gleichgewichtszustand, der sowohl feste wie flüssige Phasen enthält.Once in the container 12 is received, heating heating elements 24 the raw material to a predetermined temperature, so that the metal is brought into its two-phase range. In this two-phase region, the temperature of the raw material is in the container 12 between the solidus and liquidus temperatures of the alloy, it partially melts and is in an equilibrium state containing both solid and liquid phases.

Die Temperatursteuerung kann mit verschiedenen Arten von Heiz- oder Kühlelementen 24 bereitgestellt werden, um den beabsichtigen Zweck zu erzielen. Heiz-/Kühlelemente 24 sind in 1 repräsentativ gezeigt. Bevorzugt werden Induktionsheizspulen oder Bandwiderstandsheizer eingesetzt.The temperature control can work with different types of heating or cooling elements 24 be provided to achieve its intended purpose. Heating / cooling elements 24 are in 1 shown representatively. Induction heating coils or band resistance heaters are preferably used.

Eine Temperatursteuerung in Form von Bandheizern 24 ist ferner um die Düse herum angeordnet, um zur Steuerung deren Temperatur beizutragen und um die Bildung eines kritisch bemessenen festen Stopfens aus der Legierung zu ermöglichen. Der Stopfen verhindert das Heraustropfen der Legierung bzw. das Zurückfließen von Luft (Sauerstoff) oder Kontaminanten bzw. Schmutzstoffen in die innere Schutzatmosphäre (typischerweise Argon) der Vorrichtung 10. Ein derartiger Stopfen erleichtert die Evakuierung der Form 16 bzw. das Leeren dieser Form, wenn dies erwünscht ist, beispielsweise für vakuumunterstütztes Formen. Alternativ zur Bildung eines Stopfens können mechanische Dichtungsmechanismen, wie etwa Gleitschieber oder andere Ventile verwendet werden.A temperature control in the form of band heaters 24 is further disposed around the nozzle to assist in controlling its temperature and to permit the formation of a critically sized solid alloy plug. The plug prevents the alloy from dripping or the backflow of air (oxygen) or contaminants into the internal protective atmosphere (typically argon) of the device 10 , Such a plug facilitates the evacuation of the mold 16 or emptying this mold, if desired, for example for vacuum assisted molding. Alternatively to the formation of a plug mechanical seal mechanisms such as sliders or other valves may be used.

Die Vorrichtung kann außerdem eine stationäre Platte und eine bewegliche Platte enthalten, an der jeweils eine stationäre Formhälfte 16 und eine bewegliche Formhälfte angebracht sind. Die Formhälften umfassen Innenseiten, die in Kombination einen Formhohlraum 100 in Form des zu formenden Gegenstands festlegen. Der Formhohlraum 100 ist mit der Düse 30 verbunden über einen Ausgusskanal, ein Tor und einen Eingießkanal, die allgemein mit 102 bezeichnet sind. Die Betätigung der Form 16 ist im Übrigen von herkömmlicher Art und wird deshalb vorliegend nicht näher erläutert.The apparatus may also include a stationary platen and a movable platen, each having a stationary mold half 16 and a movable mold half are mounted. The mold halves around grasp insides, which in combination form a cavity 100 in the form of the object to be molded. The mold cavity 100 is with the nozzle 30 connected via a spout, a gate and a pouring channel, which is generally with 102 are designated. The actuation of the mold 16 Incidentally, it is of conventional type and is therefore not explained in detail here.

Eine hin und her laufende Schnecke 26 ist in dem Behälter 12 angeordnet und wird ähnlich dem Bohrer in Drehung versetzt, der in dem Zuführer 38 angeordnet ist, und zwar durch einen geeigneten Antriebsmechanismus 44, wie etwa durch einen Elektromotor, so dass Flügel 28 auf der Schnecke 26 Scherkräfte auf die Legierung ausüben und die Legierung durch den Behälter 12 in Richtung zum Auslass 20 bewegen. Die Scherwirkung konditioniert die Legierung in eine thixotrope Aufschlämmung, die aus Kügelchen von verrundeten degenerierten dendritischen Strukturen besteht, die durch eine flüssige Phase umgeben sind. Als Alternative zu der Schnecke 26 können andere Mechanismen oder Einrichtungen verwendet werden, um das Ausgangsmaterial zu bewegen bzw. umzurühren und/oder um das Ausgangsmaterial durch den Behälter 12 zu bewegen. Verschiedene Arten sich drehender Platten sowie die Schwerkraft können diese Funktionen ausführen.A back and forth running snail 26 is in the container 12 arranged and rotated in a similar manner to the drill which is in the feeder 38 is arranged, by a suitable drive mechanism 44 , such as by an electric motor, so that wings 28 on the snail 26 Exert shear forces on the alloy and the alloy through the container 12 towards the outlet 20 move. The shearing action conditions the alloy into a thixotropic slurry consisting of globules of rounded degenerate dendritic structures surrounded by a liquid phase. As an alternative to the snail 26 For example, other mechanisms or means may be used to agitate and / or stir the feedstock through the container 12 to move. Various types of rotating plates as well as gravity can perform these functions.

Während des Betriebs der Vorrichtung 10 werden die Heizer 24 eingeschaltet, um den Behälter 12 sorgfältig auf ein gewünschtes Temperaturprofil über seine Länge zu heizen. Zum Bilden von Teilen mit dünnem Querschnitt ist üblicherweise ein hohes Temperaturprofil erforderlich, zum Bilden gemischter Teile mit dünnem und dickem Querschnitt ist ein mittleres Temperaturprofil erwünscht und zum Bilden von Teilen mit dickem Querschnitt ist ein niedriges Temperaturprofil erwünscht. Sobald ein sorgfältiges Erwärmen vorliegt, betätigt der Systemcontroller 34 den Antriebsmechanismus 40 des Zuführers 38 und veranlasst die Schnecke in dem Zuführer 38, sich zu drehen. Diese Schnecke fördert das Ausgangsmaterial ausgehend von dem Zuführtrichter 22 zu dem Zuführschlund 42 und in den Behälter 12 hinein durch dessen Einlass 18. Falls erwünscht, wird ein Vorerwärmen des Ausgangsmaterials durchgeführt in entweder dem Zuführtrichter 22, dem Zuführer 38 oder dem Zuführschlund 42, wie nachfolgend näher erläutert.During operation of the device 10 become the heaters 24 turned on to the container 12 carefully heat to a desired temperature profile over its length. Typically, a high temperature profile is required to form thin section parts, a moderate temperature profile is desired for forming mixed parts of thin and thick cross sections, and a low temperature profile is desired for forming thick section parts. Once a thorough warm-up is achieved, the system controller operates 34 the drive mechanism 40 of the feeder 38 and causes the screw in the feeder 38 to turn. This screw conveys the starting material from the feed hopper 22 to the feed throat 42 and in the container 12 into through its inlet 18 , If desired, preheating the starting material is carried out in either the feed hopper 22 , the feeder 38 or the feed throat 42 , as explained in more detail below.

In dem Behälter 12 wird das Ausgangsmaterial durch die sich drehende Schnecke 26 in Eingriff genommen, die durch den Antriebsmechanismus 44 in Drehung versetzt ist, der seinerseits durch den Controller 34 betätigt ist. Innerhalb der Bohrung 46 des Behälters 12 wird das Ausgangsmaterial gefördert und Scherkräften unterworfen durch die Flügel 28 auf der Schnecke 26. Wenn das Ausgangsmaterial den Behälter 12 durchläuft, wird Wärme durch die Heizer 24 zugeführt und die Scherwirkung erhöht die Temperatur des Ausgangsmaterials auf die gewünschte Temperatur zwischen seinen Solidus- und Liquidustemperaturen. In diesem Temperaturbereich wird das feste Ausgangsmaterial in einen halbfesten Zustand transformiert, der aus der flüssigen Phase von einigen seiner Bestandteile besteht, in denen eine feste Phase des Rests seiner Bestandteile angeordnet ist. Die Rotation bzw. Drehung der Schnecke 26 und der Flügel 28 dauert an, um in die halbfeste Legie rung mit einer Rate Scherkraft einzuleiten, die ausreicht, dendritisches Wachstum unter Bezug auf die festen Partikel zu unterbinden, wodurch eine thixotrope Aufschlämmung erzeugt wird.In the container 12 the feedstock gets through the rotating screw 26 engaged by the drive mechanism 44 in turn, in turn, through the controller 34 is pressed. Inside the hole 46 of the container 12 the starting material is conveyed and subjected to shearing forces by the wings 28 on the snail 26 , If the starting material is the container 12 passes through, heat is through the heater 24 and the shear increases the temperature of the feedstock to the desired temperature between its solidus and liquidus temperatures. In this temperature range, the solid starting material is transformed into a semi-solid state consisting of the liquid phase of some of its constituents, in which a solid phase of the remainder of its constituents is located. The rotation or rotation of the screw 26 and the wing 28 continues to initiate into the semi-solid alloy at a rate of shear sufficient to inhibit dendritic growth relative to the solid particles, thereby producing a thixotropic slurry.

Die Aufschlämmung wird durch den Behälter 12 vorgerückt, bis sich eine geeignete Menge der Aufschlämmung in dem vorderen Abschnitt 21 (dem Ansammlungsbereich) des Behälters 12 angesammelt hat. Die Schneckenrotation wird durch den Controller 34 unterbrochen, der daraufhin einem Stellorgan 36 signalisiert, die Schnecke 26 vorzurücken und die Legierung durch eine Düse 30 zu drängen, die mit dem Auslass 20 verbunden ist, und in die Form 16 hinein. Die Schnecke 26 wird anfänglich auf eine Geschwindigkeit von ungefähr 2,54 bis 12,7 cm/Sekunde beschleunigt. Ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil verhindert, dass Material nach hinten in Richtung auf den Einlass 18 während des Vorrückens der Schnecke 26 fließt. Dies führt zu einer Kompaktierung der heißen Charge im vorderen Abschnitt 21 des Behälters 12.The slurry is passed through the container 12 Advances until a suitable amount of the slurry in the front section 21 (the accumulation area) of the container 12 has accumulated. The screw rotation is controlled by the controller 34 interrupted, who then an actuator 36 signals the snail 26 advance and the alloy through a nozzle 30 to crowd with the outlet 20 connected, and in the form 16 into it. The snail 26 is initially accelerated to a speed of about 2.54 to 12.7 cm / second. A check valve (not shown) prevents material from moving rearward toward the inlet 18 while advancing the screw 26 flows. This leads to a compaction of the hot batch in the front section 21 of the container 12 ,

Für die Düse 30 selbst sind Konstruktionsmaterialien Legierungsstahl (wie etwa T-2888), PM 0,8C-Legierungen und Nb-basierte Legierungen, wie etwa Nb-30Ti-20W. In einer bevorzugten Konstruktion ist die Düse 30 monolithisch gebildet aus einer der vorstehend genannten Legierungen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Düse 30 aus einer Legierung 720 gebildet und gekippt, um sie mit einer beständigen Innenfläche aus Nb-basierter Legierung oder PM 0,8C-Legierung zu versehen.For the nozzle 30 itself, construction materials are alloy steel (such as T-2888), PM 0.8C alloys, and Nb-based alloys such as Nb-30Ti-20W. In a preferred construction, the nozzle is 30 monolithic formed from one of the abovementioned alloys. In a further preferred embodiment, the nozzle is 30 formed from an alloy 720 and tilted to provide it with a resistant inner surface of Nb-based alloy or PM 0.8C alloy.

Wie aus 2 hervorgeht, steht der Einlassabschnitt 14 des Behälters 12 passend im Eingriff mit dem Schussabschnitt 15, so dass eine kontinuierliche Bohrung 46 kooperativ mit den Innenseiten 48, 50 des Einlassabschnitts 14 und des Schussabschnitts 15 festgelegt ist. Um die beiden Behälterabschnitte 14, 15 festzulegen, ist der Schussabschnitt 15 mit einem radialen Flansch 52 versehen, in dem Montagebohrungen 54 festgelegt sind. Entsprechende Gewindebohrungen sind in dem Passabschnitt 58 des Behälter-Schussabschnitts 15 festgelegt. Gewindebefestigungselemente 60, die durch die Bohrungen 54 in den Flansch 52 eingesetzt sind, stehen im Gewindeeingriff mit den Gewindebohrungen 56 und legen dadurch die Abschnitte 14, 15 aneinander fest. Offensichtlich kann ein einteiliger Behälter anstelle des zweiteiligen Behälters 23 verwendet werden, wie in 1 gezeigt, sowie über seine gesamte Länge in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erstellt, wie nachfolgend näher erläutert.How out 2 shows, the inlet section stands 14 of the container 12 fitting in engagement with the weft section 15 , making a continuous hole 46 cooperative with the insides 48 . 50 of the inlet section 14 and the weft section 15 is fixed. To the two container sections 14 . 15 determine is the shot section 15 with a radial flange 52 provided in the mounting holes 54 are fixed. Corresponding threaded holes are in the fitting section 58 of the container shot section 15 established. Threaded fasteners 60 passing through the holes 54 in the flange 52 are engaged, are in threaded engagement with the threaded holes 56 and thereby lay the sections 14 . 15 stuck together. Obviously, a one-piece container may be used instead of the two-part container 23 used as in 1 as well as its entire length in accordance with the present invention, as explained in more detail below.

Die Behälterkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik durch Minimieren des Wärmegradienten, der über ihre Dicke erfahren wird sowie entlang ihrer Länge. Insbesondere unter Bezug auf 2 umfasst der erfindungsgemäße Behälter 12 drei Schichten, die als Außenschicht bzw. Schale bzw. Hülle 62, Zwischenschicht 64 und Auskleidung bzw. Innenschicht 66 bezeichnet werden. Wie in 2 gezeigt, ist die Zwischenschicht 64 zwischen der Außenschicht 62 und der Innenschicht 66 angeordnet. Wie nachfolgend erläutert, minimiert das Vorhandensein der Zwischenschicht 64 den radialen Wärmegradienten durch die Dicke bzw. Wandstärke des Behälters 12.The container construction according to the present invention overcomes the disadvantages of the prior art by minimizing the thermal gradient experienced across its thickness and along its length. In particular with reference to 2 includes the container according to the invention 12 three layers, the outer layer or shell or shell 62 , Intermediate layer 64 and lining or inner layer 66 be designated. As in 2 shown is the intermediate layer 64 between the outer layer 62 and the inner layer 66 arranged. As explained below, the presence of the intermediate layer minimizes 64 the radial heat gradient through the thickness or wall thickness of the container 12 ,

Die Zwischenschicht 64 ist insbesondere relativ weicher als sowohl die Außenschicht 62 als auch die Innenschicht 66. Die Zwischenschicht 64 verbindet bevorzugt, muss dies jedoch nicht tun, die Außenschicht 62 des Behälters 12 mit der Innenschicht 66, und wenn sie verbunden sind, ist die Zwischenschicht 64 bevorzugt mit der Außenschicht und der Innenschicht 66 durch isostatisches Heißpressen (Hipping) verbunden. Außerdem verhindert die Anwesenheit einer Zwischenschicht 64 eine Delaminierung der Außenschicht 62 von der Innenschicht 66, wodurch die Gesamtstabilität der Behälterkonstruktion erhöht wird.The intermediate layer 64 in particular is relatively softer than both the outer layer 62 as well as the inner layer 66 , The intermediate layer 64 prefers to connect, but this does not have to do the outer layer 62 of the container 12 with the inner layer 66 , and when they are connected, is the interlayer 64 preferably with the outer layer and the inner layer 66 by hot isostatic pressing (hipping). In addition, the presence of an intermediate layer prevents 64 a delamination of the outer layer 62 from the inner layer 66 , whereby the overall stability of the container construction is increased.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist die Zwischenschicht 64 aus einer Legierung aus niedrigem Kohlenstoffeisen gebildet. Alternativ können andere Materialien verwendet werden, die mit der Außenschicht 62 bzw. der Innenschicht 66 keine brüchige Schicht bilden. Ebenfalls bevorzugt ist, dass die Zwischenschicht 64 korrosionsbeständig ist gegenüber Al, Mg bzw. Zn. Um die Standzeit der Behälterkonstruktion zu verbessern, liegt die bevorzugte Dicke der Zwischenschicht 64 im Bereich von 0,127 cm bis 0,381 cm, und besonders bevorzugt im Bereich von 1,524 bis 0,3048 cm. Die Tabelle I zeigt den Effekt der Zwischenschicht 64 auf die Spannung bzw. Belastung, die der Behälter 12 erleidet. Tabelle I Außenschicht (Legierung 720) Innenschicht (T-20), A. wie hergestellt

Figure 00190001
B. Flutzuführung ΔT = 273°F
Figure 00190002
In a preferred embodiment of this invention, the intermediate layer is 64 formed from an alloy of low carbon iron. Alternatively, other materials may be used that are compatible with the outer layer 62 or the inner layer 66 do not form a brittle layer. Likewise preferred is that the intermediate layer 64 is corrosion resistant to Al, Mg or Zn. In order to improve the service life of the container construction, the preferred thickness of the intermediate layer is 64 in the range of 0.127 cm to 0.381 cm, and more preferably in the range of 1.524 to 0.3048 cm. Table I shows the effect of the intermediate layer 64 on the tension or strain that the container 12 suffers. Table I Outer Layer (Alloy 720) Inner Layer (T-20), A. as prepared
Figure 00190001
B. Surface supply ΔT = 273 ° F
Figure 00190002

Tabelle I zeigt, dass das Vorhandensein der Zwischenschicht 64 die Spannung sowohl auf der Innenschicht 66 wie der Außenschicht 62 sowohl während der Herstellung wie des Betriebs reduziert. Die Tabelle II zeigt zusätzlich den Effekt der Zwischenschicht 64 auf die Spannung auf unter Verwendung eines Behälters mit einer 4,699 cm dicken gehippten 720-Außenschicht bei 0,508 cm dicker Stelliteinnenschicht. Die Werte in der Tabelle wurden bei einem vollen Start mit ΔT = 403°F gemessen. Tabelle II

Figure 00200001
Table I shows that the presence of the intermediate layer 64 the tension on both the inner layer 66 like the outer layer 62 reduced both during manufacture and operation. Table II additionally shows the effect of the intermediate layer 64 to tension using a container with a 4,699 cm thick fluted 720 outer layer at 0,508 cm thick stellite inner layer. The values in the table were measured at a full start with ΔT = 403 ° F. Table II
Figure 00200001

Die Außenschicht 62 bildet die am Weitesten außen liegende Schicht des Behälters 12. Bevorzugt hat das Vorhandensein der Zwischenschicht 64 es erlaubt, dass das in der Außenschichtkonstruktion verwendete Material ersetzt wird durch Material, das folgende Eigenschaften besitzt: Verringerte Korngröße nach Hipping; verbesserte Spannungsrisseigenschaften; kein Erweichen bzw. kein Brüchigwerden durch Präzipitation einer brüchigen Deltaphase; einen niedrigen Wärmekoeffizienten; eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Oxidation und oxidationsbeschleunigte Ermüdung. Ein bevorzugtes Material, das die vorstehend genannten Eigenschaften besitzt, ist feinkörnige Legierung 720. Legierung ähnlich der Legierung 720, wie etwa Legierung 718 und Legierung 720 sind in der Tabelle III aufgeführt. Tabelle III Vergleich von Eigenschaften der Legierung 718 mit anderen Superlegierungen, wie etwa 720

Figure 00210001
The outer layer 62 forms the furthest outermost layer of the container 12 , The presence of the intermediate layer is preferred 64 it allows the material used in the outer layer construction to be replaced by material having the following properties: reduced grain size after hipping; improved stress cracking properties; no softening or brittleness by precipitation of a brittle delta phase; a low heat coefficient; an increased resistance to oxidation and oxidation accelerated fatigue. A preferred material having the above properties is fine-grained alloy 720. Alloy similar to alloy 720, such as alloy 718 and alloy 720 are listed in Table III. Table III Comparison of Properties of Alloy 718 with Other Superalloys, Such as 720
Figure 00210001

Die vorstehend angeführte Tabelle III zeigt die überlegenen Eigenschaften der Superlegierung 720 im Vergleich zur Legierung 718 und weiteren Legierungen allgemein ähnlich zur Legierung 720 auf. Alternativ können andere Legierungen verwendet werden, die ähnliche Zusammensetzungen und Eigenschaften zeigen. Typischerweise beträgt der Zusammensetzungsbereich dieser bevorzugten Superlegierungen >10% Cr, >7,5% Co, >2,5% Mo, 0–6% W, <4% Nb, >2% Al, >2,4% Ti, >5,5% Al + Ti. Außerdem ist die letztendliche Zugfestigkeit (UTS) bei 1200°F bevorzugt größer als 180 ksi und bei 1400°F größer als 150 ksi. In ähnlicher Weise ist die Formänderungsfestigkeit (YS) bei 1200°F bevorzugt größer als 140 ksi und bei 1400°F größer als 130 ksi. Die Spannungsrissfestigkeit für 1000 Stunden bei 1200°F ist größer als 100 ksi und bei 1400°F größer als 60 ksi. Die bevorzugte Legierung 720 zeigt reduzierte Korngröße nach Hipping, eine Spannungsrisslebensdauer bei 1200°F von 430 Stunden bei stufenweiser Belastung von 100 bis 130 ksi und 23% Längung. Außerdem unterliegt die Legierung 720 keinerlei Erweichung oder Brüchigwerden bei Deltapräzipitation in 50000 Stunden bei 1400°F und sie besitzt außerdem einen kleineren Wärmekoeffizienten (CTE) von 13,7. Die Legierung 720 zeigt außerdem überlegene Oxidationsbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber oxidationsbeschleunigter Ermüdung bei 1200°F durch Reduzieren des Nb-Gehaltes und Erhöhen des Al-Gehalts.The above Table III shows the superior Properties of the superalloy 720 compared to the alloy 718 and other alloys generally similar to the alloy 720 on. Alternatively you can other alloys are used which have similar compositions and Show properties. Typically, the composition range is of these preferred superalloys> 10% Cr,> 7.5% Co,> 2.5% Mo, 0-6% W, <4% Nb,> 2% Al,> 2.4% Ti,> 5.5% Al + Ti. Additionally the ultimate tensile strength (UTS) at 1200 ° F is preferably greater than 180 ksi and at 1400 ° F greater than 150 ksi. In similar Way is the yield strength (YS) at 1200 ° F preferably greater than 140 ksi and at 1400 ° F greater than 130 ksi. The stress cracking resistance for 1000 hours at 1200 ° F is greater than 100 ksi and at 1400 ° F greater than 60 ksi. The preferred alloy 720 shows reduced grain size Hipping, a stress crack life at 1200 ° F of 430 hours at gradual Load of 100 to 130 ksi and 23% elongation. In addition, the alloy is subject 720 no softening or brittle in delta precipitation in 50000 hours at 1400 ° F and she owns as well a smaller heat coefficient (CTE) of 13.7. The alloy 720 also shows superior oxidation resistance and durability across from oxidation-accelerated fatigue at 1200 ° F by reducing the Nb content and increasing the Al content.

Die Tabelle IV zeigt die Kriecheigenschaften und die Spannungsrisseigenschaften der Legierungen 718 und 720 bei 1200°F. Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, zeigt die Legierung 720 eine höhere Kriechbeständigkeit und eine bessere Festigkeit als die Legierung 718. Außerdem vergleicht die Tabelle V die Brüchigkeit der instabilen Legierung 718 mit der stabilen niedrigen Nb Waspaloy während 5000 Stunden simulierten Betriebs, wobei "RA" für die Flächenverringerung steht und wobei "CVN" für Charpy V-Notch-Zähigkeit steht. Wie aus der Tabelle V hervorgeht, besitzt der Behälter 12 unter Verwendung von Waspaloy einen vernachlässigbaren Verlust bezüglich CVN. Andererseits zeigt die Legierung 718 einen scharfen CVN-Verlust, der die Lebensdauer des Behälters 12 verringert. Tabelle IV A. Kriecheigenschaften

Figure 00220001
B. Spannungsrisseigenschaften bei 1200°F
Figure 00230001
Tabelle V
Figure 00230002

  • *Nach 5000 Stunden bei 1300°F bzw. einem Jahr Betrieb
Table IV shows the creep properties and stress cracking properties of alloys 718 and 720 at 1200 ° F. As can be seen from this table, the 720 alloy exhibits higher creep resistance and better strength than the 718 alloy. In addition, Table V compares the brittleness of the unstable 718 alloy with the stable low Nb Waspaloy during 5000 hours of simulated operation, where "RA" for the area reduction is and where "CVN" stands for Charpy V-Notch toughness. As shown in Table V, the container has 12 using waspaloy negligible CVN loss. On the other hand, the alloy 718 shows a sharp CVN loss, which increases the life of the container 12 reduced. Table IV A. Creep Properties
Figure 00220001
B. Stress cracking properties at 1200 ° F
Figure 00230001
Table V
Figure 00230002
  • * After 5000 hours at 1300 ° F or one year of operation

Das Vorhandensein der Zwischenschicht 64 erlaubt es außerdem, dass die Außenschichtdicke verringert wird, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird, die Spannung reduziert wird und der Wärmegradient über den Behälter 12 reduziert wird. Ohne die vorliegende Erfindung würde die Dicke der Außenschicht 62 typischerweise im Bereich von 4,699 cm bis 9,34212 cm liegen.The presence of the intermediate layer 64 it also allows the outer layer thickness to be reduced, thereby improving heat transfer, reducing stress, and increasing the thermal gradient across the container 12 is reduced. Without the present invention, the thickness of the outer layer would 62 typically ranging from 4,699 cm to 9,34212 cm.

Unter Einsatz der vorliegenden Erfindung wird die Nutzung einer Außenschichtdicke von weniger als 4,699 cm möglich. Es wird vorweggenommen, dass die Außenschichtdicken unter Nutzung der Erfindung im Bereich von 2,54 bis weniger als 4,699 cm liegen, und bevorzugt im Bereich von 3,175 bis 4,445 cm.Under Use of the present invention is the use of an outer layer thickness less than 4,699 cm possible. It is anticipated that the outer layer thicknesses will be under use of the invention range from 2.54 to less than 4.699 cm, and preferably in the range of 3.175 to 4.445 cm.

Die Tabelle VI zeigt die Auswirkung der Dicke der Außenschicht 62 auf die Spannung auf den Behälter 12. Für die in der Tabelle VI aufgelisteten Daten sind die Materialien, die zum Einsatz kommen, in der Außenschicht 62, der Zwischenschicht 64 und der Innenschicht 66 jeweils Legierung HIP 720 für die Außenschicht 62, 0,508 cm, T-20 für die Innenschicht 66 und 0,1524 cm, Eisen für die Zwischenschicht 64. Tabelle VI Flutzufuhr

Figure 00240001
Table VI shows the effect of the thickness of the outer layer 62 on the tension on the container 12 , For the data listed in Table VI, the materials used are in the outer layer 62 , the intermediate layer 64 and the inner layer 66 each alloy HIP 720 for the outer layer 62, 0.508 cm, T-20 for the inner layer 66 and 0.1524 cm, iron for the intermediate layer 64 , Table VI Flood Feed
Figure 00240001

Unter Verwendung der vorstehend erläuterten Zwischenschicht 64 sind Änderungen in der Zusammensetzung der Innenschicht 66 und deren Konstruktion möglich. Insbesondere sind verwendbar eine aus Bruch schmelzende Legierung für die Innenschicht 66 auf Grundlage von Legierungselementen hoher peritektischer Temperatur bzw. Schmelzpunkte in den Binärphasendiagrammen. Derartiges hochschelmelzendes Metall und Elemente besitzen die folgenden Merkmale: Einen kleinen Expansionskoeffizienten (und hieraus resul tierend Verringerungen der Spannungen sowohl in der Innenschicht 66 wie in der Außenschicht); ein kleines Elastizitätsmodul (E); hohe Wärmeleitfähigkeit; gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber zu verarbeitendem Material; und verbesserte Festigkeit, Zähigkeit und Härte.Using the intermediate layer explained above 64 are changes in the composition of the inner layer 66 and their construction possible. In particular, usable are a break-melting alloy for the inner layer 66 based on high peritectic temperature alloying elements or melting points in the binary phase diagrams. Such highly refractory metal and elements have the following characteristics: a small coefficient of expansion (and resulting reductions in stress both in the inner layer 66 as in the outer layer); a small elastic modulus (E); high thermal conductivity; good corrosion resistance against material to be processed; and improved strength, toughness and hardness.

Das erfindungsgemäße Material für die Innenschicht 66, insbesondere dann, wenn Mg, Al oder Zn verarbeitet wird, ist eine Nb-Legierung, insbesondere T-20, T-22 und T-23-Nb-Legierungen. Auf Grund der Zwischenschicht 64 kann die Dicke der Innenschicht 66 deutlich verringert werden ausgehend von einer aktuell verwendeten Dicke von 1,27 cm und größer. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Innenschichtdicke reduziert werden unter 1,27 cm. Aus praktischen Gründen wird angenommen, dass die untere Grenze bezüglich der Innenschichtdicke etwa 0,381 cm beträgt, obwohl geringere Dicken möglich sein können. Bevorzugt beträgt der Innenschichtdickenbereich etwa 0,381 cm bis weniger als 1,27 cm, und stärker bevorzugt liegt die Innenschichtdicke im Bereich von 0,381 cm bis 0,635 cm.The material according to the invention for the inner layer 66 In particular, when Mg, Al or Zn is processed, it is an Nb alloy, especially T-20, T-22 and T-23-Nb alloys. Due to the intermediate layer 64 can change the thickness of the inner layer 66 be significantly reduced starting from a currently used thickness of 1.27 cm and larger. With the present invention, the inner layer thickness can be reduced below 1.27 cm. For practical reasons, it is believed that the lower limit on the inner layer thickness is about 0.381 cm, although smaller thicknesses may be possible. Preferably, the inner layer thickness range is about 0.381 cm to less than 1.27 cm, and more preferably, the inner layer thickness is in the range of 0.381 cm to 0.635 cm.

Die Tabelle VII zeigt die Auswirkung der Innenschichtzusammensetzung der vorstehend genannten Nb-Legierungszusammensetzungen auf Wärmeschock (TS) und kombinierte Spannungen. Tabelle VII

Figure 00250001
Table VII shows the effect of the inner layer composition of the above-mentioned Nb alloy compositions on thermal shock (TS) and combined stresses. Table VII
Figure 00250001

Die Tabelle VIII zeigt die Auswirkung für den Effekt des Innenschichtmaterials auf die Spannungen. Der erste Teil der Tabelle zeigt den Spannungswert während der Flutzuführung bei ΔT = 273°F und der zweite Teil der Tabelle betrifft den anfänglichen Vollleistungsstart bei ΔT 403°F. Tabelle VIII A. Außenschicht, 4,699 cm und Legierung 718; Flutzuführung bei ΔT = 273°F

Figure 00260001
B. Außenschicht, 4,699 cm und Legierung 718; Vollleistungsstart bei ΔT = 403°F
Figure 00260002
Table VIII shows the effect on the effect of the inner layer material on the stresses. The first part of the table shows the voltage value during the flood supply at ΔT = 273 ° F and the second part of the table concerns the initial full power start at ΔT 403 ° F. Table VIII A. Outer layer, 4.699 cm and alloy 718; Surface supply at ΔT = 273 ° F
Figure 00260001
Outer layer, 4.699 cm and Alloy 718; Full power start at ΔT = 403 ° F
Figure 00260002

Wie aus den vorstehend angeführten Tabellen hervorgeht, reduziert die Verwendung der Zwischenschicht 64 die Spannung auf die Außenschicht 62 bzw. die Innenschicht 66. Im Kern wirkt die Zwischenschicht 64 als Pufferzone, wodurch ein vorzeitiges Reißen der Außenschicht 62 vermieden wird.As can be seen from the above tables, the use of the intermediate layer reduces 64 the tension on the outer layer 62 or the inner layer 66 , At its core, the intermediate layer works 64 as a buffer zone, causing premature cracking of the outer layer 62 is avoided.

Die Innenschichtdicke hat auch Auswirkung auf die Spannung und die Tabelle IX zeigt diesen Effekt für eine T-20-Innenschicht 66. Wie in den vorstehenden angeführten Tabellen besteht die Außenschicht 62 aus Legierung 720 und sie ist 4,699 cm dick; die Innenschicht 60 besteht aus T-20-Legierung und die Betriebsbedingungen sind Flutzuführung bei ΔT = 273°F. Tabelle IX

Figure 00270001
The inner layer thickness also has an effect on the tension and Table IX shows this effect for a T-20 inner layer 66 , As in the above tables, the outer layer is made 62 made of alloy 720 and she is 4,699 inches thick; the inner layer 60 consists of T-20 alloy and the operating conditions are flood supply at ΔT = 273 ° F. Table IX
Figure 00270001

Die Dicken für die Innenschicht 66 können vergrößert werden auf Werte über 0,508 cm; derartige Vergrößerungen führen jedoch zu einer Erhöhung der Gesamtkosten des Behälters 12 und führen tatsächlich zu einer Opferung der Festigkeit für den Behälter 12. Aus Vorstehendem geht hervor, dass die vorliegende Erfindung zahlreiche Vorteile und Nutzen bei der Konstruktion von Behältern zum Schmelzen von Metallen und Legierungen bietet. Während die vorstehend angeführte Erläuterung die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft, wird bemerkt, dass die Erfindung Modifikationen, Abwandlungen und Änderungen zugänglich ist, ohne vom Umfang des Schutzes abzuweichen, der durch die anliegenden Ansprüche festgelegt ist.The thicknesses for the inner layer 66 can be increased to values over 0.508 cm; however, such increases result in an increase in the overall cost of the container 12 and actually result in a sacrifice of strength for the container 12 , From the foregoing it can be seen that the present invention offers numerous advantages and benefits in the construction of containers for melting metals and alloys. While the foregoing discussion relates to the preferred embodiment of the invention, it is to be understood that the invention is susceptible to modification, variation and alteration without departing from the scope of the protection as defined by the appended claims.

Claims (25)

Gussvorrichtung zum Verarbeiten von Metallmaterial in geschmolzenem bzw. halbfestem Zustand, umfassend einen Behälter (12), der einen Körper, der im Innern eine Kammer festlegt, einen Einlass (18) in Verbindung mit der Kammer, um die Zufuhr von Material in die Kammer zu ermöglichen, und einen Auslass (20) in Verbindung mit der Kammer, um das Austragen von Material aus der Kammer zu ermöglichen, aufweist, wobei der Körper außerdem einen Seitenwandabschnitt mit einer Außenschicht (62) aus einem ersten Material, einer Innenschicht (66) aus einem zweiten Material, die eine Innenseite der Kammer festlegt, und einer Zwischenschicht (64) aus einem dritten Material, die zwischen der Außenschicht (62) und der Innenschicht (66) angeordnet ist, aufweist, wobei das erste Material eine Ni-basierte Zusammensetzung mit in Gew.-% mehr als 10% Cr, mehr als 7,5% Co, mehr als 2,5% Mo, im Bereich von 0–6% W, weniger als 4% Nb, mehr als 2% Al, mehr als 2,4% Ti und mehr als 5,5% Al + Ti aufweist, wobei das zweite Material eine Nb-Legierung ist, und wobei das dritte Material Eisen oder eine Eisenlegierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist.Casting apparatus for processing metal material in a molten or semi-solid state, comprising a container ( 12 ), a body which defines a chamber inside, an inlet ( 18 ) in conjunction with the chamber to allow the supply of material into the chamber, and an outlet ( 20 ) in conjunction with the chamber to allow the discharge of material from the chamber, the body further comprising a sidewall portion having an outer layer (US Pat. 62 ) of a first material, an inner layer ( 66 ) of a second material, which defines an inner side of the chamber, and an intermediate layer ( 64 ) of a third material which is between the outer layer ( 62 ) and the inner layer ( 66 wherein the first material is a Ni-based composition having in wt% more than 10% Cr, more than 7.5% Co, more than 2.5% Mo, in the range of 0-6% W, less than 4% Nb, more than 2% Al, more than 2.4% Ti, and more than 5.5% Al + Ti, wherein the second material is an Nb alloy, and wherein the third material is iron or is a low carbon iron alloy. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material weicher als die ersten und zweiten Materialien ist.Device according to claim 1, characterized in that that the third material softer than the first and second materials is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (64) die Außenschicht (62) mit der Innenschicht (66) verbindet.Device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 64 ) the outer layer ( 62 ) with the inner layer ( 66 ) connects. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (64) eine Dicke von weniger als 0,508 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 64 ) has a thickness of less than 0.508 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (64) eine Dicke von weniger als 0,254 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 64 ) has a thickness of less than 0.254 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (64) eine Dicke von etwa 0,1524 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 64 ) has a thickness of about 0.1524 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (64) Eisen mit geringem Kohlenstoffgehalt ist.Device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 64 ) Iron with clot is carbon content. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Nb-Legierung T-20, T-22 oder T-23 besteht.Device according to claim 1, characterized in that the second material is selected from the group consisting of an Nb alloy T-20, T-22 or T-23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (66) eine geringere Dicke als 1,27 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the inner layer ( 66 ) has a thickness less than 1.27 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (66) eine geringere Dicke als 0,635 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the inner layer ( 66 ) has a thickness less than 0.635 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (66) eine geringere Dicke als 0,381 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the inner layer ( 66 ) has a thickness less than 0.381 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (62) eine Dicke von weniger als 4,445 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the outer layer ( 62 ) has a thickness of less than 4.445 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (62) eine Dicke von weniger als 3,175 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the outer layer ( 62 ) has a thickness of less than 3.175 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein gehipptes Material ist.Device according to claim 1, characterized in that that the first material is a hopped material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein gehipptes Material ist.Device according to claim 1, characterized in that that the second material is a hopped material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material ein gehipptes Material ist.Device according to claim 1, characterized in that that the third material is a hopped material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material, das zweite Material und das dritte Material sämtliche gehippte Materialien sind.Device according to claim 1, characterized in that that the first material, the second material and the third material all are hipped materials. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material, das zweite Material und das dritte Material gehippte Materialien sind, die in einem einstufigen Prozess gebildet sind.Device according to claim 1, characterized in that that the first material, the second material and the third material Tipped materials are formed in a one-step process are. Vorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend: Einen Zuführer (38), der mit dem Behälter (12) verbunden ist, um das Material dort hinein durch den Einlass (18) zuzuführen; eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Materials durch den Behälter (12); und eine Austrageinrichtung zum Austragen des Materials aus dem Auslass (20) des Behälters (12) in geschmolzenem oder halbgeschmolzenem Zustand.The apparatus of claim 1, further comprising: a feeder ( 38 ) connected to the container ( 12 ) is connected to the material there through the inlet ( 18 ); a movement device for moving the material through the container ( 12 ); and a discharge device for discharging the material from the outlet ( 20 ) of the container ( 12 ) in molten or semi-molten state. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (64) duktiler ist als das erste Material und das zweite Material.Device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 64 ) is more ductile than the first material and the second material. Vorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Scherkraftausübungseinrichtung, die in der Kammer angeordnet ist, wobei die Scherkraftausübungseinrichtung in das Material Scherkraft induziert, die ausreicht, dendritisches Wachstum in den Materialien zu unterbinden.Apparatus according to claim 1, further comprising a shear force applying means, which is disposed in the chamber, wherein the shear force applying means induced in the material shearing force sufficient dendritic To prevent growth in the materials. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherkraftausübungseinrichtung eine Schnecke (26) ist.Apparatus according to claim 21, characterized in that the shear force applying means a screw ( 26 ). Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung eine Schnecke (26) ist.Apparatus according to claim 21, characterized in that the movement means a screw ( 26 ). Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrageinrichtung ein in Längsrichtung bewegliches Element enthält.Apparatus according to claim 21, characterized in that the discharge device is a longitudinally movable element contains. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrageinrichtung eine hin und her laufende Schnecke (26) enthält.Apparatus according to claim 24, characterized in that the discharge device a reciprocating screw ( 26 ) contains.
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